混凝土主要因素的影响精选文档.ppt
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1、混凝土主要因素的影响本讲稿第一页,共二十六页混凝土抗压强度随龄期变化的数学描述,经验公式:混凝土抗压强度随龄期变化的数学描述,经验公式:1.抗压强度抗压强度 混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度在在一一般般情情况况下下随随龄龄期期单单调调增增长长,但但增增长长速速度度渐渐减减并并趋趋向向收收敛敛。两两种种主主要要水水泥泥制制作作的的混混凝凝土土试试件件,经经过普通湿养护后,在不同龄期的强度变化如表:过普通湿养护后,在不同龄期的强度变化如表:本讲稿第二页,共二十六页混凝土抗压强度随龄期变化的数学描述,经验公式:混凝土抗压强度随龄期变化的数学描述,经验公式:式中式中 fc(t),fc(n)和和fc(2
2、8)龄期为龄期为t、n和和28天时的混凝土抗压强天时的混凝土抗压强 度;度;a、b取决于水泥品种和养护条件的参数。取决于水泥品种和养护条件的参数。模式规范模式规范CEB-FIP MC90中,混凝土抗压强度随龄期增长的计算式中,混凝土抗压强度随龄期增长的计算式为:为:式中式中 s取决于水泥种类,普通水泥和快硬水泥取为取决于水泥种类,普通水泥和快硬水泥取为0.25,快硬高强水泥,快硬高强水泥取为取为0.20.本讲稿第三页,共二十六页 理论曲线见图,理论曲线见图,给出的混凝土后期强给出的混凝土后期强度一般偏低,适合工程中应用度一般偏低,适合工程中应用。混凝土在压应力持续作用下,应变将随混凝土在压应力
3、持续作用下,应变将随时间而增长,称为徐变。当试件应力水时间而增长,称为徐变。当试件应力水平较低(平较低(0.8fc)时,)时,经过长时间后经过长时间后变形的增长渐趋收敛,达一极限值。变形的增长渐趋收敛,达一极限值。若应力水平很高(若应力水平很高(0.8fc),混凝土),混凝土进入不稳定裂缝发展期,试件的变进入不稳定裂缝发展期,试件的变形增长不再收敛,在应力持续一定形增长不再收敛,在应力持续一定时间后发生破坏,得到强度极限线。时间后发生破坏,得到强度极限线。可见,应力水平越低,发生破坏可见,应力水平越低,发生破坏的应力持续时间越长。荷载长期持的应力持续时间越长。荷载长期持续作用,而混凝土不会破坏
4、的最高续作用,而混凝土不会破坏的最高应力,称为长期抗压强度,一般取应力,称为长期抗压强度,一般取为为0.80fc。本讲稿第四页,共二十六页2、弹性模量、弹性模量 混凝土的弹性模量值随龄期混凝土的弹性模量值随龄期(t/天天)的增长变化如图:的增长变化如图:模式规范模式规范CEB-FIP MC90采用了一个简单的计算式采用了一个简单的计算式式中,式中,Ec龄期龄期t=28天时的混天时的混凝土弹性模量凝土弹性模量;t-同前。同前。混凝土的弹性模量和抗压强度随龄期的增长规律不同。弹性模量混凝土的弹性模量和抗压强度随龄期的增长规律不同。弹性模量Ec(t)在在早期早期(t28天)增加幅度较小。天)增加幅度
5、较小。主要原因是混凝土中粗骨料的性能稳定,弹性模量与龄期无关。主要原因是混凝土中粗骨料的性能稳定,弹性模量与龄期无关。本讲稿第五页,共二十六页2.5收缩收缩 搅拌成的流态混凝土,以及湿养护期的成形混凝土,因饱含水分而体搅拌成的流态混凝土,以及湿养护期的成形混凝土,因饱含水分而体积基本不变以后混凝土在空气中逐渐硬化,水分散发,体积发生收缩积基本不变以后混凝土在空气中逐渐硬化,水分散发,体积发生收缩混凝土的长度收缩变形,混凝土的长度收缩变形,在经历数十年后一般可达(在经历数十年后一般可达(300600)10-6,在不利的条件下甚至可达(,在不利的条件下甚至可达(8001000)10-6。但是,若将
6、混但是,若将混凝土放人水中,体积会有所膨胀,最大的长度变形可达凝土放人水中,体积会有所膨胀,最大的长度变形可达150 10-6。混凝土的收缩应变值超过其轴拉峰值应变混凝土的收缩应变值超过其轴拉峰值应变(t,p)的的35倍,成为倍,成为其内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。其内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。一般结构在承受荷载之前就出现了裂缝,或者使用多年以后外表一般结构在承受荷载之前就出现了裂缝,或者使用多年以后外表龟裂。龟裂。混凝土的收缩变形加大了预应力损失,降低了构件的抗裂性,混凝土的收缩变形加大了预应力损失,降低了构件的抗裂性,增大了构件的变形,并使构件的截面应力和超静定结构的
7、内力发增大了构件的变形,并使构件的截面应力和超静定结构的内力发生不同程度的重分布等。生不同程度的重分布等。这些都可能对实际结构产生不利影响,在设计和分析时应给予必要的注这些都可能对实际结构产生不利影响,在设计和分析时应给予必要的注意。意。本讲稿第六页,共二十六页 混凝土在空气中凝固和硬化过程中,收缩变形是不可避免的。混凝土在空气中凝固和硬化过程中,收缩变形是不可避免的。其主要原因是水泥水化生成物的体积小于原物料的体积(化学其主要原因是水泥水化生成物的体积小于原物料的体积(化学性收缩,性收缩,凝缩凝缩),以及水分蒸发后骨料颗粒受毛细管压力的),以及水分蒸发后骨料颗粒受毛细管压力的压缩(物理性收缩
8、,压缩(物理性收缩,干缩干缩),),与混凝土是否受力无关。与混凝土是否受力无关。此外,空气中二氧化碳和混凝土表层的碳化作用,也引起少此外,空气中二氧化碳和混凝土表层的碳化作用,也引起少量的局部收缩。量的局部收缩。这些原因也决定了混凝土的收缩是个长期过程。已有试这些原因也决定了混凝土的收缩是个长期过程。已有试验说明,收缩变形在混凝土开始干燥时发展较快,以后逐验说明,收缩变形在混凝土开始干燥时发展较快,以后逐渐减慢,大部分收缩在龄期渐减慢,大部分收缩在龄期3个月内出现,但龄期超过个月内出现,但龄期超过20年后收缩变形仍未终止。年后收缩变形仍未终止。本讲稿第七页,共二十六页收缩变形随时间的发展如表。
9、收缩变形随时间的发展如表。根据试验结果,水泥加水后的纯水泥浆凝固后的收缩根据试验结果,水泥加水后的纯水泥浆凝固后的收缩量很大,达量很大,达(2 0003 000)10-6。混凝土中的岩石骨料。混凝土中的岩石骨料收缩量极小,一般可予忽略。制成混凝土后,骨料约束收缩量极小,一般可予忽略。制成混凝土后,骨料约束了水泥浆体的收缩,故混凝土的收缩量远小于水泥浆体了水泥浆体的收缩,故混凝土的收缩量远小于水泥浆体的收缩。在此同时,混凝土内形成初始内应力。的收缩。在此同时,混凝土内形成初始内应力。本讲稿第八页,共二十六页影响混凝土收缩变形的主要因素有:影响混凝土收缩变形的主要因素有:1.水泥的品种和用量水泥的
10、品种和用量 2.骨料的性质、粒径和含量骨料的性质、粒径和含量3.养护条件养护条件 4.使用期的环境条件使用期的环境条件5.构件的形状和尺寸构件的形状和尺寸 6.其它因素其它因素 配制混凝土时的各种添加剂、构件的配筋率、混凝土的受力状配制混凝土时的各种添加剂、构件的配筋率、混凝土的受力状态等在不同程度上影响收缩量。态等在不同程度上影响收缩量。混凝土的收缩变形,因为影响因素多,变化幅度大,一般难以准混凝土的收缩变形,因为影响因素多,变化幅度大,一般难以准确定量。确定量。对于普通的中小型构件,收缩变形能促生表面裂缝,但引对于普通的中小型构件,收缩变形能促生表面裂缝,但引起的结构反应,一般不至于造成安
11、全度的明显降低。所以,在构件起的结构反应,一般不至于造成安全度的明显降低。所以,在构件计算时可不考虑收缩的影响,只是采取一些附加构造措施,如增设计算时可不考虑收缩的影响,只是采取一些附加构造措施,如增设钢筋或钢筋网作为补偿。钢筋或钢筋网作为补偿。一些重要的大型结构,需要有定量的混凝土收缩变形值进行结构分析一些重要的大型结构,需要有定量的混凝土收缩变形值进行结构分析时,有条件的应进行混凝土试件的短期收缩试验,用测定值推算其极限时,有条件的应进行混凝土试件的短期收缩试验,用测定值推算其极限收缩值,或可按有关设计规范提供的公式和参数值进行计算。收缩值,或可按有关设计规范提供的公式和参数值进行计算。本
12、讲稿第九页,共二十六页式中:名义收缩系数(即极限式中:名义收缩系数(即极限收缩变形)取为收缩变形)取为sc取决于水泥种类,如普取决于水泥种类,如普通水泥和快硬水泥取通水泥和快硬水泥取5,快硬高强水泥取快硬高强水泥取8;RH取决于环境的相对取决于环境的相对湿度湿度RH:模模式式规规范范CEB-FIP MC90中中,计计算算混混凝凝土土收收缩缩的的适适用用范范围围为为:普普通通混混凝凝土土在在正正常常温温度度下下,湿湿养养护护不不超超过过14天天,暴暴露露在在平平均均温温度度(530)和和平平均均相相对对湿湿度度RH=4050的的环环境境。素素混混凝凝土土构构件件在在未未加加载载情情况况下下的的平
13、平均收缩(或膨胀)应变的计算式为:均收缩(或膨胀)应变的计算式为:本讲稿第十页,共二十六页 模型中考虑了模型中考虑了5个主要因素对混凝土收缩变形的影响。个主要因素对混凝土收缩变形的影响。水泥种类(水泥种类(c););环境相对湿度环境相对湿度(RH););构件尺寸(构件尺寸(2Acu);时间时间(t,ts);混凝土的抗压强度(混凝土的抗压强度(fc)。)。试验证明,试验证明,混凝土强度值本身并不影响其收缩变形量混凝土强度值本身并不影响其收缩变形量。只是。只是因为混凝土中的因为混凝土中的水泥用量、水灰比、骨料状况、养护条件等水泥用量、水灰比、骨料状况、养护条件等影响收缩的因素影响收缩的因素,在结构
14、分析或设计时无法预先确定,但它,在结构分析或设计时无法预先确定,但它们都在不同程度上与混凝土强度有联系,计算式中引入混凝土们都在不同程度上与混凝土强度有联系,计算式中引入混凝土抗压强度作为间接地综合反映这些因素的影响。按上述公式计抗压强度作为间接地综合反映这些因素的影响。按上述公式计算的混凝土收缩变形,随各主要因素的变化规律和幅度如图。算的混凝土收缩变形,随各主要因素的变化规律和幅度如图。本讲稿第十一页,共二十六页本讲稿第十二页,共二十六页2.6徐变徐变2.6.1基本概念基本概念 混凝土在应力作用下产生的变形,除了混凝土在应力作用下产生的变形,除了在龄期在龄期(to)时施加应力后即时的时施加应
15、力后即时的起始应变起始应变cc(to)外,还外,还在应力的持续作用下不断增大应变在应力的持续作用下不断增大应变cc(t,to)。后。后者称为徐变者称为徐变。混凝土的徐变随时间而增大,但增长率渐减,。混凝土的徐变随时间而增大,但增长率渐减,23年后变化年后变化已不大,最终的收缩值称为极限徐变已不大,最终的收缩值称为极限徐变cc(,to)试件在应力持续作用多时后试件在应力持续作用多时后卸载至零卸载至零(=0),混凝土有一,混凝土有一即时的恢复变形即时的恢复变形ce,或称弹,或称弹性恢复。随时间的延长,仍性恢复。随时间的延长,仍有少量滞后的恢复变形缓缓有少量滞后的恢复变形缓缓出现,称为弹性后效出现,
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